為中國“芯”煉就一雙“火眼金睛”

中國首臺產業級晶圓磁光克爾測量儀上市 記者探訪島城科研團隊的幕后故事

小小的芯片，大大的智慧。生活中，芯片是人們身邊電子、電器設備的“神經中樞”，重要性不言而喻。芯片制造過程異常復雜，通常需要成百上千道工序，如何為芯片制造過程進行“安檢”，確保它們正常進行？這便需要精密的芯片制造過程檢測設備來實現。近日，中國首臺產業級晶圓磁光克爾測量儀上市，打破了美國企業在該領域的壟斷，標志著生產磁性芯片量產所需的光學檢測設備從此實現自主可控。而這款測量儀的研發者則來自 “青島制造”——致真精密儀器（青島）有限公司。3月23日，記者走進致真精密儀器，探訪科研團隊幕后的“芯”力量。

【組建團隊】

開展芯片檢測設備研制

走進位于松嶺路的致真精密儀器，可以看到實驗室里面擺放著許多 “高大上”的設備，它們的主要功能，就是為磁性芯片進行全流程、多環節的檢測。 “從更細分的領域來說，公司目前的主攻方向是磁性芯片高端檢測設備的研發。”致真精密儀器董事長兼首席技術官張學瑩說道，磁性芯片是芯片大家庭中的重要一員，不僅在飛機、衛星的控制系統中有應用，在人們的手機中也是存在的。 “打開手機導航軟件，可以看到指示方向的箭頭，這個信號識別就是靠磁性芯片來完成的。 ”張學瑩介紹說，芯片上的很多元件都是納米級的，肉眼根本看不到，只有通過高端檢測設備來精確地對它們進行識別、檢測。

“就像做飯要不斷調整火候，研究芯片也要不斷調整技術工藝，一旦有環節出現問題，芯片就不能用了。芯片性能有多好，關鍵就取決于設備有多精，沒有好的儀器設備就像 ‘巧婦難為無米之炊’。 ”2018年，張學瑩從國外留學深造歸來，來到青島參與高端設備的研發工作。在自己的科研生涯初期，張學瑩便深切感受到“受制于人”的壓力。“在芯片研發方面，有很多被‘卡脖子’的環節。當時我國超過90%的高端儀器都需要進口，這類設備長期被歐美國家所壟斷。 ”讓張學瑩記憶猶新的是，他所在的科研團隊想購買一臺磁光克爾顯微鏡，用于觀測磁性芯片的狀態，但當時世界上只有德國與日本擁有制造這種顯微鏡的公司，不僅造價高昂，而且服務態度傲慢。 “當時團隊想對設備提出一些定制改造意見，但被對方拒絕了。既然如此，我們就自己研制。 ”為了打破壟斷，研發出 “中國制造”，張學瑩下定決心向磁性芯片設備領域發起攻關。

帶著積累多年的科研成果、組織一幫年輕的“科技力量”，張學瑩在2019年成立了致真精密儀器。“團隊科研人員的平均年齡在30多歲，他們熱衷于新科技、新市場，充滿無限活力與潛力，這個團隊的成長性是很強的。”依托產學研結合的優勢和理論與工程實踐能力優勢互補、協同合作，一個致力于解決微電子產品研發和制造環節中“卡脖子”、國內尚未解決關鍵技術難題的公司，就這樣成立了。

【攻堅克難】

研發儀器打破國外壟斷

由于缺乏參照樣本，張學瑩和團隊在創業初期便遇到了難題。 “調研的調研、看書的看書，大家每天都把吸取到的知識與材料，放在一起拼湊、碰撞，每天都通過實驗去反復驗證，慢慢摸索出了設備的雛形。 ”眾人拾柴火焰高，在創業的初期，張學瑩和團隊很多成員幾乎每天都泡在公司實驗室里，累了就打個盹兒，醒來繼續科研工作。

2020年春節，張學瑩回東北老家探親，剛到家就聽到了新冠疫情暴發的消息，“當時我們的設備研發正處于關鍵環節，我非常擔心滯留在家影響項目進展，于是在正月初二回到了青島。”在此后的一個月時間里，實驗室基本只有張學瑩一個人，他專心進行了設備調試，解決了很多項關鍵問題。隨著疫情得到有效控制，團隊成員陸續回來，大家分工協作，在2020年6月，國內首臺商用磁光克爾顯微鏡終于研發成功，它可以清晰呈現樣品內的磁化狀態空間分布和時間演化，用于檢測磁性材質的質量、辨識缺陷位置等，適用于磁存儲芯片等磁性電子器件的測試和產品研發。這套顯微鏡解決了中國在磁性芯片成像領域受制于人的局面，填補了多項國內空白。

不僅打破了國外壟斷，張學瑩和團隊還使它發揮了新的特點與優勢。“以前的進口設備功能較少而且改裝難，如今這種國產設備將光學、電學、磁學等技術集成在一臺設備上，不僅功能豐富多樣，用戶使用和改裝也更加方便了。 ”除此之外，這種設備的價格只有進口設備的一半，也實現了“物美價廉”。目前，該設備在清華大學、中國科學院物理所等幾十家科研單位和企業已經裝機使用。

【新的突破】

實現高端科研儀器量產

“在攻克磁光克爾顯微鏡的大關之后，我們又向著新的目標進發，那便是實現這些高端科研儀器的量產。 ”2021年夏天，張學瑩和團隊又研發出中國首臺產業級晶圓磁光克爾測量儀的原理樣機，打破了美國企業在該領域的壟斷，為磁性芯片的批量快速檢測提供了自主可控的設備支撐。

磁性芯片生產過程中，需將磁性原子均勻鋪在晶圓 （制作芯片所用的襯底）上，形成納米磁性薄膜。想確保所有原子完全“躺平”有多難？“相當于在青島的大地上鋪滿5層厚的小米粒，且須完全平整，如果不平整，生產出來的芯片便無法保證質量。因此，檢測薄膜的性質均勻度尤為關鍵。 ”張學瑩告訴記者，產業級晶圓磁光克爾測量儀就是用于檢測納米磁性薄膜性質均勻性是否達標的高精度儀器，其檢測速度和精度均優于國際水平。

芯片檢測設備的應用貫穿于芯片制造全流程，是保障芯片制造工藝穩定、產品合格的關鍵。近日，產業級晶圓磁光克爾測量儀剛一上市，便有多家企業前往接洽。近年來，致真精密儀器還相繼研發完成高精度磁滯回線測量儀、晶圓級磁場探針臺、自旋芯片原理教學演示系統、微型MOKE磁性測量儀等多款高科技產品，并與清華大學、中國科學院物理研究所以及國內頂尖集成電路制造企業建立了密切的合作關系，開創了良好的市場前景。

“致真精密儀器將繼續面向科研和產業界在高端科研儀器和集成電路裝備方面的需求，進一步發揮產學研結合的優勢，將知識轉化為生產力，為國家科技的發展和產業的革新貢獻‘芯’力量。 ”張學瑩說道。

為“中國芯”貢獻更多好設備

記者：研發芯片設備，想從事好這方面的科研工作，您認為最重要的是什么？需要具備哪些能力與精神？

張學瑩：我認為最重要的是要持之以恒，不能浮躁。專注于一個領域，持續鉆研，把技藝做精，做成行業頂尖。用傳統的話來講，需要具備“匠人精神”。另外，還需要團隊協作，與芯片制造相關的設備都很復雜，需要光、電、機械和自動化、軟件算法等方面的工程師、科研人員通力合作，方能完成，并不是靠一己之力便能成功的。

記者：您和團隊將如何繼續“芯”科技研發？有什么目標？

張學瑩：未來先在磁性芯片測試領域，繼續鉆研、精益求精，在磁性芯片制造相關的設備方面達到世界領先，打出一面旗幟，鍛煉好團隊的素質和能力。然后，針對國家和市場需求，將業務逐漸擴大至通用的集成電路測試設備市場，為中國芯片制造行業的發展提供更多更好的設備。（觀海新聞/青島早報記者 楊博文）

責任編輯：郝媛媛